¿Cómo preparar una solución buffer pH 7?
¿Qué es una solución amortiguadora?
Una solución amortiguadora o solución reguladora es aquella que resiste cambios en su pH cuando se diluye o cuando se le añaden ácidos o bases. De manera general, las soluciones amortiguadoras se preparan a partir de pares ácido/base conjugados, como los pares de ácido acético/acetato de sodio o de cloruro de amonio/amoniaco. Los científicos y técnicos en muchas áreas de la ciencia, así como de la industria, utilizan soluciones amortiguadoras para mantener el pH relativamente constante y a niveles predeterminados en una gran cantidad de soluciones.
Cálculo del pH de soluciones amortiguadoras
Una solución que contiene un ácido débil, HA, y su base conjugada, A-, puede ser ácida, neutra o básica dependiendo de la posición de dos equilibrios que compiten entre sí:
Si el primer equilibrio tiende más hacia la derecha que el segundo, la solución es ácida. Si el segundo equilibrio es más favorable, la solución es básica. Estas dos expresiones de la constante de equilibrio muestran que las concentraciones relativas de los iones hidronio e hidróxido dependen no solo de las magnitudes de \( K_a \) y \( K_b \), sino también de la relación entre las concentraciones del ácido y su base conjugada. Para encontrar el pH de una solución que contiene tanto un ácido, HA, como su base conjugada, NaA, se necesitan expresar las concentraciones de equilibrio de HA y NaA en términos de sus concentraciones analíticas.
Ecuación de Henderson-Hasselbalch
La ecuación fundamental de las soluciones amortiguadoras es la ecuación de Henderson-Hasselbalch, que simplemente es una forma transformada de la expresión de la constante de equilibrio Ka.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch da el pH de una solución, siempre que se conozca la relación de concentraciones del ácido y base conjugados y el pKa del ácido. Si se prepara una solución a partir de una base débil B y su ácido conjugado BH+, es válida una ecuación análoga:
Donde pKa es la constante de disociación ácida del ácido débil BH+.
Preparación de soluciones amortiguadoras
En principio, una solución amortiguadora de cualquier valor de pH se puede preparar al combinar cantidades cuidadosamente calculadas de un par ácido/base conjugado apropiado. Sin embargo, en la práctica, los valores de pH de soluciones amortiguadoras preparadas utilizando técnicas formuladas a partir de datos teóricos difieren de los valores predichos debido a las incertidumbres en los valores numéricos de muchas constantes de disociación y también debido a las simplificaciones utilizadas en los cálculos. Por estas discrepancias, a nivel práctico se preparan soluciones amortiguadoras haciendo una solución cuyo pH se aproxime al valor de pH deseado y después se ajusta el pH de la solución añadiendo un ácido fuerte o una base fuerte hasta que el medidor de pH indique el valor deseado. De manera alternativa, un gran número de técnicas empíricas para preparar soluciones amortiguadoras de pH conocido están disponibles en manuales químicos y en estudios de referencia.
¿Cómo preparar una solución buffer de pH 7?
Para la preparación de una solución de pH 7, se utilizará la ecuación de Henderson-Hasselbalch a partir de ácido hipocloroso e hipoclorito de sodio, que tiene un \( pK_a \) de 7.52. Es razonable suponer que los cambios de volumen al añadir hipoclorito de sodio sólido a la solución de ácido hipocloroso son muy pequeños.
Reemplazamos el valor de pH 7 y el pKa de 7.52 y tenemos:
Se asume la preparación de una solución buffer 1 Molar, lo que representaría la sumatoria de ambas concentraciones para la concentración general.
Reemplazando la ecuación 2 en la ecuación 1, tenemos que:
Con las concentraciones de ClO- y HCIO requeridas para obtener una solución buffer de pH 7, se procede al pesado y preparación. Se deben tener en cuenta los porcentajes de pureza de los reactivos, haciendo los ajustes necesarios para tener estas concentraciones en la solución amortiguadora de pH 7.